数学物理方法复习资料及参考答案(一)
数学物理方法复习资料及参考答案（一）
一、填空题： 1. 复数
i
i -+11用三角式可表示为 （主辐角[)π2,0）。
2. 已知幂级数∑∞
=0
k k
k z a 和∑∞
=0
k k
k z b 的收敛半径分别是1R 和2R ，则幂级数()∑∞
=±0
k k k k z b a 的收敛半径
为： 。
3. 勒让德多项式()l P x 的模l N = ()0,1,2,l = 。
4. 在00=z 的邻域上，z e z f 1)(=展开的洛朗级数为： 。
5. 函数2)2)(1()(--=z z z z f 的留数)1(resf ＝ 。
6. 求解无限长弦的自由振动，设弦的初始位移为)(x ?，初始速度为)(/x a ?-，
=),(t x u 。
7. 在00=z 的邻域上，z z f sin )(=的泰勒级数为： 。
8. 幂级数()∑
∞
=-1
1k k i z k
的收敛圆： 。
9. 数理方程中的定解条件包括三大类 初始条件 、 和 衔接条件 。
10. 在本征值问题()()
()'''120
12--+=-1<<±1??
?
x y xy y x y λ有限
中，方程
()'''120
2--+=x y xy y λ称为__ _ _ __微分方程，该本征值问题的本征值
λn =
___ _ ，相应本征函数是
y x n ()=
__________，其中n
=
___ _ ____，
该本征函数称为______ __ _，写出它的表达式(至少一种)：___________ _____。 二、简答题：
1、孤立奇点分为几类？如何判别？
2、简述施图姆－刘维尔本征值问题的共同性质。 三、基础题：
1、计算实变函数定积分()()
2
2
2
2
94x dx
I x
x ∞=
++?
2、已知解析函数()f z 的实部2
33),(xy x y x u -=，0)0(=f ，求虚部和这个解析函数。 3、设)0()(>=-ββt
e
t f ，证明t
e
d t
ββ
πωω
βω-∞
=
+?
2cos 0
2
2
4、试证递推公式
()()()()()21111n xP x nP x n P x n n n +-=+-+
四、综合题： 1、求解定解问题
u a u x l t u t u l t u x u x x l x
l tt xx x t =<<>====+??
???
??
200000
000232(,)
(,),(,)(,)(,)si n si n
ππ
2、求解定解问题
u u u a u a A ρρρ??ρρρ??
++=>=?
?
???1102()
(,)si n
3、求解定解问题
u r u r
u u r u rr r +++
=<=?
????2101122
(c o s si n )()
(,)c o s θθθθθθθ
参考答案
一、填空题：（每空2分，共30分） 1.2
sin 2
cos ππi + 2.},min{21R R
3.
1
22+l 4.∑
∞
=0
)1(!1k k
z
k 5.1 6.)(at x -? 7. +-
+
-
!
7!
5!
3!
17
5
3
z
z
z
z 8.1=-i z 9.边界条件
10.勒让德、 )1(+n n 、 )(x P n 、 ,2,1,0=n 、 勒让德多项式、
n
n
n n
n x dx
d
n x P )1(!21
)(2-=或∑
=-----=
]
2
[
2)!
2()!(!2)!22()1()(n k n
k
n k n k n k n k x
k n x P
二、简答题（每题5分，共10分） 1. 可去奇点、极点、本性奇点。
(→→→??
?
∞??
??
00
00z z z z z z 可去奇点： lim f(z)=a 有限值） 或无负幂项
极点： lim f(z)=或有有限个负幂项本性奇点： lim f(z)=不存在 或有无限多个负幂项
2. ①有无穷多个本征值： ≤≤≤321λλλ
相应地有无穷多个本征函数： ),(),(),(321x y x y x y ②所有的本征值都大于或等于零：0≥n λ
③相应于不同本征值m λ和n λ的本征函数)(x y m 和)(x y n ，在区间[]b a ,上带权重)(x ρ正交，即：
?
=b
a
n m dx x x y x y 0)()()(ρ
④本征函数族 ),(),(),(321x y x y x y 是完备的。 三、基础题（每题6分，共24分） 1. 解：
因为被积函数是偶函数，所以()()
2
2
2
2
1
2
94x dx
I x
x ∞-∞
=
++?
本题中，()()
()()()()
2
2
2
2
2
2
222334
9)(i z i z i z i z z
z z
z
z f -+-+=
++=
它在上半平面的奇点有两个：一阶极点i z 3=，二阶极点i z 2=， ……（2分） ()
()()
50
34
93lim )3(Re 2
2
2
23i z z
z
i z i sf i
z =
++-=→
()()()()
20013492!121
lim )2(Re 2
2222
2i
z z z i z dz d i sf i z -=
??
?????
???++--=→ ……（2分） 所以，20020013503221
ππ=
??
? ??-+?=i i
i I ……（2分） 2. 解： xy y u y
x x
u 6,
332
2-=??-=?? ……（2分）
由R C -条件，得：
2
233y x x
u y
v -=??=??，
则：)(3)33(3
22
2x y y x dy y x v ?+-=-=
?
得：
)6()(6/
xy y
u x xy x
v --=??-
=+=???， C x x ==?)(,
0)(/
??
得：C y y x v +-=3
23，（C 为常数） ……（2分）
iC z iC iy x C y y x i xy
x iv u z f +=++=+-+-=+=3
3322
3
)()3(3)(
因为：0,0)0(=?=iC f ， 0=?C ， 故：3
)(z z f = ……（2分）
3.证：
先对原式进行拉普拉斯变换有：
2
2
1
21)(ω
β
π
βπ
ωωβ+?
=
=
?
∞
∞
---dt e
e
F t
i t
……（3分）
再对上式进行拉普拉斯逆变换有：
t
t
i t
i e
d t
dw e
d e
F t f βωωωω
β
ωπ
β
ω
β
π
βωω-∞
∞
-∞
∞
-∞
∞
-=+=
+?
=
=
?
?
?
2
2
2
2
cos 21
)()(
命题得证。 ……（3分） 4. 证： 由母函数公式：
∑∞
==
+-0
2
)(211n n n
x P r
r
rx
对r 求导，得：
∑∞
=-=
+--0
1
2
32
)()
21(n n n x P nr
r rx r x ……（3分）
两边同乘以)21(2
r rx +-，得：
∑∞
=-+-=+--0
1
22
)()21(21n n n x P nr
r rx r
rx r x
再由母函数公式，得：∑∑∞
=-∞
=+-=-0
1
2
)()21()()(n n n n n n
x P nr
r rx x P r r x
比较两边的n r 的系数，得：
)()1()(2)()1()()(111x P n x xnP x P n x P x xP n n n n n -+--+-+=-
整理后，命题得证。 ……（3分） 四、综合题：（每题12分，共36分） 1.解：
令()()()t T x X t x u =, 由分离变量法解得：
()?
?
?
?
?????+++=+=+=l
at n B l at n A t T l x
n x X l n n 2)12(sin 2)12(cos 2)12(sin
)()
2()12(2
2
2ππππλ本征函数：本征值： …（6分） 得：()l x n l at n B l at n A t x u n n
n 2)12(sin 2)12(sin 2)12(cos ,0πππ+??
?
??
?
+++=
∑∞
= …（2分） 代入初始条件有，
()0,02)12(sin
0,0=?=+=
∑
∞
=n n n A l
x
n A x u π
()l
x l
x
l x
n l
a
n B
x u n n
t 23sin 2sin
2)12(sin
2)12(0,0
ππππ+=++=
∑∞
=
比较两边系数可得：)1,0(0,32,2123,121010≠===?==n B a
l B a l
B l a B l a
B n ππππ
故：()l
x
l
at a
l l
x
l
at
a
l t x u 23sin
23sin
322sin
2sin
2,ππππππ+=
…（4分）
2.解：
极坐标系下，拉普拉斯方程的通解为：
∑∑∞
=-∞
=++
++
+=1
1
00)sin cos ()sin cos (ln ),(m m m m
m m m m
m D m C m B m A D C u ??ρ
??ρ
ρ?ρ
…（4分）
考虑圆外自然边界条件：0,0,0===?→∞→D B A u m m 有限值，ρ
…（2分）
则可得：∑
∞
=-+=
)sin cos (),(m m m m
m D m C u ??ρ
?ρ …（2分）
由边界条件：????sin )sin cos (),(0
A m D m C a
a u m m m m
=+=
∑∞
=-
比较两边系数可得：))1(0,,,0111
≠==?==-m D aA D A D a C m m …（2分）
故：?ρ
?ρsin ),(aA u = …（2分）
3.解：
由于边界条件与?无关，故可以球坐标系的极轴为对称轴，则轴对称情况下拉普拉斯方程通解为：
∑
∞
=++
=
1
)(cos )(),(l l l L l
l P r
B r A r u θθ …（4分）
考虑圆心的自然边界条件：00
=?==l r B u
有限值， …（2分）
则可得：∑∞
==
)(cos ),(l l l
l
P r
A r u θθ …（2分）
由边界条件：)(3
2)(3
1cos
)(cos ),1(202
2
x P x P x P A u l l
l
+
=
===
∑∞
=θθθ
比较两边系数可得：)2,0(0,3
2,3
120≠===l A A A l …（2分）
故：)(cos 3
2)(cos 3
1),(22
0θθθP r P r u += …（2分）
数学物理方法第八章作业答案
P 175 8.1在0x =的邻区域内，求解下列方程： (1) 2 (1)0x y''xy'y -+-= 解：依题意将方程化为标准形式2 2 10(1) (1) x y''y'y x x + - =-- 2 ()(1) x p x x = -，2 1()(1) q x x =- - 可见0x =是方程的常点． 设方程的级数解为0 ()n n n y x c x ∞ == ∑，则1 1 ()n n n y'x nc x ∞ -== ∑，2 2 ()(1)n n n y''x n n c x ∞ -== -∑ 代入原方程得2 2 2 1 2 2102 2 2 1 (1)(1)0(1)(1)0 n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n c x x n n c x x nc x c x n n c x n n c x nc x c x ∞ ∞ ∞ ∞ ---====∞ ∞ ∞ ∞ -====---+- =? -- -+ - =∑∑∑∑∑∑∑∑ 由0 x 项的系数为0有：202012102 c c c c ?-=?= 由1 x 项的系数为0有：311313200 (0)c c c c c ?+-=?=≠ 由2x 项的系数为0有：42224201143212012 24 c c c c c c c ?-?+-=?= = 由3 x 项的系数为0有：533355432300c c c c c ?-?+-=?= 由4x 项的系数为0有：64446403165434010 80 c c c c c c c ?-?+-=?= = 由5 x 项的系数为0有：755577654500c c c c c ?-?+-=?= 由6 x 项的系数为0有：866686025587656056 896 c c c c c c c ?-?+-=?== …… ∴ 方程的级数解为 2 4 6 8 0100000 1115()2 24 80 896 n n n y x c x c c x c x c x c x c x ∞== =++ + + + +???∑
数学物理方法综合试题及答案
复变函数与积分变换 综合试题（一） 一、单项选择题(本大题共10小题，每小题2分，共20分) 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．设cos z i =，则（ ） A ． Im 0z = B ．Re z π= C ．0z = D ．argz π= 2．复数3(cos ,sin )55z i ππ =--的三角表示式为（ ） A ．443(cos ,sin )55i ππ- B ．443(cos ,sin )55i ππ- C ．44 3(cos ,sin )55i ππ D ．44 3(cos ,sin )55 i ππ-- 3．设C 为正向圆周|z|=1，则积分 ?c z dz ||等于（ ） A ．0 B ．2πi C ．2π D ．－2π 4．设函数()0 z f z e d ζζζ= ? ，则()f z 等于（ ） A ．1++z z e ze B ．1-+z z e ze C ．1-+-z z e ze D ．1+-z z e ze 解答： 5．1z =-是函数 4 1) (z z cot +π的（ ） A ． 3阶极点 B ．4阶极点 C ．5阶极点 D ．6阶极点 6．下列映射中，把角形域0arg 4 z π << 保角映射成单位圆内部|w|<1的为（ ） A ．4411z w z +=- B ．44-11z w z =+ C ．44z i w z i -=+ D ．44z i w z i +=- 7. 线性变换[]i i z z i z a e z i z i z a θω---= =-++- ( ） A.将上半平面Im z >0映射为上半平面Im ω>0 B.将上半平面Im z >0映射为单位圆|ω|<1 C.将单位圆|z|<1映射为上半平面Im ω>0 D.将单位圆|z|<1映射为单位圆|ω|<1 8.若()(,)(,)f z u x y iv x y =+在Z 平面上解析，(,)(cos sin )x v x y e y y x y =+，则(,)u x y = （ ） A.(cos sin )y e y y x y -) B.(cos sin )x e x y x y -
数学物理方法习题答案[1]
数学物理方法习题答案： 第二章： 1、（1）a 与b 的连线的垂直平分线；以0z 为圆心，2为半径的圆。 （2）左半平面0,x <但是除去圆22(1)2x y ++=及其内部；圆2211()416x y -+= 2、2 ,cos(2)sin(2)i e i π ππ+； 32,2[cos(sin(3)i e i π ππ+； ,(cos1sin1)i e e e i ?+ 3、22k e ππ--； (623)i k e ππ+； 42355cos sin 10cos sin sin ?????-+； 11()sin ()cos 22b b b b e e a i e e a --++- 1 ()cos 2 y y ay b e e x e ---- 4、（1） 2214u υ+= 变为W 平面上半径为1 2的圆。 （2）u υ=- 平分二、四象限的直线。 5、(1) z ie iC -+; 2(1) 2i z -; ln i z - (2) 选取极坐标 ,, ()2 2 u C f z ?? υ==+=6、ln C z D + 第三章： 1、 （1） i π （2）、 i ie π-- （3）、 0 （4）、i π （5）、6i π 2、 设 ()!n z z e f n ξ ξ= z 为参变数，则 () 1 220 1 1 () 1(0)2!2! 1()()!!! ! n z n n n l l n n n n z z n z e d f d f i n i n z d z z e e n n d n n ξξξξξξξξπξξπξ ξ +=== ====? ? 第四章： 1、（1） 23 23 ()()ln 22z i z i z i i i i i ---+-+- （2）23313 (1) 2!3!e z z z ++++ （3） 211111()()[(1)(1)](1)11222k k k k k k z z i i i z z z i z i z i ∞=---=-=--++--<+-+∑ 2、(1) 1 n n z ∞ =--∑ (2) 11()43f z z z =--- ①3z <时 11011()34k k k k z ∞ ++=-∑ ， 34z <<时
数学物理方法期末考试规范标准答案
天津工业大学（2009—2010学年第一学期） 《数学物理方法》(A)试卷解答2009.12 理学院) 特别提示：请考生在密封线左侧的指定位置按照要求填写个人信息,若写在其它处视为作弊。本试卷共有四道大题,请认真核对后做答,若有疑问请与监考教师联系。 一 填空题(每题3分,共10小题) 1. 复数 i e +1 的指数式为：i ee ； 三角形式为：)1sin 1(cos i e + . 2. 以复数 0z 为圆心，以任意小正实数ε 为半径作一圆，则圆内所有点的集合称为0z 点的 邻域 . 3. 函数在一点可导与解析是 不等价的 (什么关系？). 4. 给出矢量场旋度的散度值，即=????f ? 0 . 5. 一般说来，在区域内，只要有一个简单的闭合曲线其内有不属 ------------------------------- 密封线 ---------------------------------------- 密封线 ---------------------------------------- 密封线--------------------------------------- 学院 专业班 学号 姓名 装订线 装订线 装订线
于该区域的点，这样的区域称为 复通区域 . 6. 若函数)(z f 在某点0z 不可导，而在0z 的任意小邻域内除0z 外处处可导，则称0z 为)(z f 的 孤立奇点 . 7. δ函数的挑选性为 ? ∞ ∞ -=-)()()(00t f d t f ττδτ. 8. 在数学上，定解条件是指 边界条件 和 初始条件 . 9. 常见的三种类型的数学物理方程分别为 波动方程 、 输运方程 和 稳定场方程 . 10. 写出l 阶勒让德方程: 0)1(2)1(222 =Θ++Θ -Θ-l l dx d x dx d x . 二 计算题(每小题7分，共6小题) 1. )(z 的实部xy y x y x u +-=22),(，求该解析函数
数学物理方法知识点归纳
第一章 复述和复变函数 1.5连续 若函数)(x f 在0z 的领域内（包括0z 本身）已经单值确定，并且 )()(0 lim 0 z f z f z z =→， 则称f(z)在0z 点连续。 1.6导数 若函数在一点的导数存在，则称函数在该点可导。 f(z)=u(x,y)+iv(x,y)的导数存在的条件 (i) x u ??、y u ??、x v ??、y v ??在点不仅存在而且连续。 (ii)C-R 条件在该点成立。C-R 条件为 ???? ?? ???-=????=??y y x u x y x v y y x v x y x u ),(),(),(),( 1.7解析 若函数不仅在一点是可导的，而且在该点的领域内点点是可导的，则称该点是解析的。 解析的必要条件：函数f(z)=u+iv 在点z 的领域内(i) x u ??、y u ??、x v ??、y v ??存在。 (ii)C-R 条件在该点成立。 解析的充分条件：函数f(z)=u+iv 在领域内(i) x u ??、y u ??、x v ??、y v ??不仅存在而且连续。 (ii)C-R 条件在该点成立。 1.8解析函数和调和函数的关系 拉普拉斯方程的解都是调和函数： 22x u ??+2 2y u ??=0 ①由此可见解析函数的实部和虚部都是调和函数。但是任意的两个调和函数作为虚实两部形成的函数不一定是解析函数，因为它们不一定满足C —R 条件。 ②当知道f(z)=u(x,y)+iv(x,y)中的u(x,y)时，如何求v(x,y)? 通过C —R 条件列微分方程 第二章 复变函数的积分 2.2解析函数的积分 柯西定理：若函数f(z)在单连区域D 内是解析的，则对于所有在这个区域内而且在两个公共端点A 与B 的那些曲线来讲，积分 ?B A dz z f )(的值均相等。 柯西定理推论：若函数f(z)在单连区域D 内解析，则它沿D 内任一围线的积分都等于零。 ?=C dz z f 0)( 二连区域的柯西定理：若f(z)在二连区域D 解析，边界连续，则f(z)沿外境界线(逆时针方向)的积分等于f(z)沿内境界线(逆时针方向)的积分。 n+1连区域柯西定理： ???? ΓΓΓΓ+++=n i i i e dz z f dz z f dz z f dz z f )(....)()()(2 1 推论：在f(z)的解析区域中，围线连续变形时，积分值不变。 2.3柯西公式 若f(z)在单连有界区域D 内解析，在闭区域D 的边界连续，则对于区域D 的任何一个内点a ，有?Γ -= dz a z z f i a f ) (21)(π其中Γ是境 界线。 2.5柯西导数公式 ξξξπd z f i n z f C n n ?+-= 1)() () (2!)( 第三章 级数 3.2复变函数项级数 外尔斯特拉斯定理：如果级数 ∑∞ =0 )(k k z u 在境 界Γ上一致收敛，那么 (i)这个级数在区域内部也收敛，其值为F(z) (ii)由它们的m 阶导数组成的级数
数学物理方法第二次作业答案解析
第七章 数学物理定解问题 1．研究均匀杆的纵振动。已知0=x 端是自由的，则该端的边界条件为 __。 2．研究细杆的热传导，若细杆的0=x 端保持绝热，则该端的边界条件为 。 3．弹性杆原长为l ，一端固定，另一端被拉离平衡位置b 而静止，放手任其振动，将其平衡位置选在x 轴上，则其边界条件为 00,0x x l u u ==== 。 4．一根长为l 的均匀弦，两端0x =和x l =固定，弦中力为0T 。在x h =点，以横向力0F 拉弦，达到稳定后放手任其振动，该定解问题的边界条件为___ f (0)=0,f (l )=0; _____。 5、下列方程是波动方程的是 D 。 A 2tt xx u a u f =+； B 2 t xx u a u f =+； C 2t xx u a u =； D 2tt x u a u =。 6、泛定方程20tt xx u a u -=要构成定解问题，则应有的初始条件个数为 B 。 A 1个； B 2个； C 3个； D 4个。 7．“一根长为l 两端固定的弦，用手把它的中 点朝横向拨开距离h ，（如图〈1〉所示）然后放 手任其振动。”该物理问题的初始条件为( D )。 A ．?????∈-∈==] ,2[),(2]2,0[,2l l x x l l h l x x l h u o t B ．???? ?====00 t t t u h u C ．h u t ==0 D ．???????=???? ?∈-∈===0 ],2[),(2]2,0[,200t t t u l l x x l l h l x x l h u 8．“线密度为ρ，长为l 的均匀弦，两端固定，开始时静止，后由于在点)0(00l x x <<受谐变 u x h 2 /l 0 u 图〈1〉
数学物理方法复习资料及参考答案(一)
数学物理方法复习资料及参考答案（一） 一、填空题： 1. 复数 i i -+11用三角式可表示为 （主辐角[)π2,0）。 2. 已知幂级数∑∞ =0 k k k z a 和∑∞ =0 k k k z b 的收敛半径分别是1R 和2R ，则幂级数()∑∞ =±0 k k k k z b a 的收敛半径 为： 。 3. 勒让德多项式()l P x 的模l N = ()0,1,2,l = 。 4. 在00=z 的邻域上，z e z f 1)(=展开的洛朗级数为： 。 5. 函数2)2)(1()(--=z z z z f 的留数)1(resf ＝ 。 6. 求解无限长弦的自由振动，设弦的初始位移为)(x ?，初始速度为)(/x a ?-， =),(t x u 。 7. 在00=z 的邻域上，z z f sin )(=的泰勒级数为： 。 8. 幂级数()∑ ∞ =-1 1k k i z k 的收敛圆： 。 9. 数理方程中的定解条件包括三大类 初始条件 、 和 衔接条件 。 10. 在本征值问题()() ()'''120 12--+=-1<<±1?? ? x y xy y x y λ有限 中，方程 ()'''120 2--+=x y xy y λ称为__ _ _ __微分方程，该本征值问题的本征值 λn = ___ _ ，相应本征函数是 y x n ()= __________，其中n = ___ _ ____， 该本征函数称为______ __ _，写出它的表达式(至少一种)：___________ _____。 二、简答题： 1、孤立奇点分为几类？如何判别？ 2、简述施图姆－刘维尔本征值问题的共同性质。 三、基础题： 1、计算实变函数定积分()() 2 2 2 2 94x dx I x x ∞= ++? 2、已知解析函数()f z 的实部2 33),(xy x y x u -=，0)0(=f ，求虚部和这个解析函数。 3、设)0()(>=-ββt e t f ，证明t e d t ββ πωω βω-∞ = +? 2cos 0 2 2 4、试证递推公式
数学物理方法典型习题
典型习题 一、填空题： 1 的值为 ， ， 。 2 、1-+的指数表示为_________ ,三角表示为 。 3、幂级数2 k k=1(k!)k z k ∞ ∑的收敛半径为 。 4、ln(5)-的值为 。 5、均匀介质球，半径为0R ，在其中心置一个点电荷Q 。已知球的介电常数为 ε，球外为真空，则电势所满足的泛定方程为 、 。 6、在单位圆的上半圆周，积分1 1||__________z dz -=?。 7、长为a 的两端固定弦的自由振动的定解问问题 。 8、具有轴对称性的拉普拉斯方程的通解为 。 9、对函数f(x)实施傅里叶变换的定义为 ，f （k ）的傅里叶逆变换为 。 10、对函数f(x)实施拉普拉斯变换的定义为 。 二、简答题 1、已知()f z u iv =+是解析函数，其中22 v(x,y)=x y +xy -，求 (,)u x y 。 2、已知函数1w z = ，写出z 平面的直线Im 1z =在w 平面中的,u v 满足的方程。 3、将函数21()56f z z z =-+在环域2||3z <<及0|2|1z <-<内展开成洛朗级数． 4、长为L 的弹性杆，一端x=0固定，另一端沿杆的轴线方向被拉长p 后静止（在弹性限度内），突然放手后任其振动。试写出杆的泛定方程及定解条件。 三、计算积分： 1. ||22(1)(21)z zdz I z z ==-+? 2．||2sin (3)z zdz I z z ==+? 3.22202(1)x I dx x ∞ =+? 4.||1(31)(2) z zdz I z z ==++? 5. ||23cos z zdz I z ==? 6. 240x dx 1x I ∞=+? 7、0sin x dx x ∞ ? 8、20cos 1x dx x ∞+? 四、使用行波法求解下列方程的初值问题
数学物理方法习题解答(完整版)
数学物理方法习题解答 一、复变函数部分习题解答 第一章习题解答 1、证明Re z 在z 平面上处处不可导。 证明：令Re z u iv =+。Re z x =，,0u x v ∴==。 1u x ?=?，0v y ?=?， u v x y ??≠??。 于是u 与v 在z 平面上处处不满足C －R 条件， 所以Re z 在z 平面上处处不可导。 2、试证()2 f z z = 仅在原点有导数。 证明：令()f z u iv =+。()2 2222,0f z z x y u x y v ==+ ∴ =+=。 2,2u u x y x y ??= =??。v v x y ?? ==0 ??。 所以除原点以外，,u v 不满足C －R 条件。而 ,,u u v v x y x y ???? , ????在原点连续，且满足C －R 条件，所以()f z 在原点可微。 ()00 00x x y y u v v u f i i x x y y ====???????? '=+=-= ? ?????????。 或：()()()2 * 00 0lim lim lim 0z z x y z f z x i y z ?→?→?=?=?'==?=?-?=?。 2 2 ***0* 00lim lim lim()0z z z z z z z zz z z z z z z z z =?→?→?→+?+?+??==+??→???。 【当0,i z z re θ≠?=，*2i z e z θ-?=?与趋向有关，则上式中**1z z z z ??==??】
3、设333322 ()z 0 ()z=0 0x y i x y f z x y ?+++≠? =+??? ，证明()z f 在原点满足C －R 条件，但不可微。 证明：令()()(),,f z u x y iv x y =+，则 ()332222 22 ,=0 0x y x y u x y x y x y ?-+≠? =+?+??， 332222 22 (,)=0 0x y x y v x y x y x y ?++≠? =+?+?? 。 3 300(,0)(0,0)(0,0)lim lim 1x x x u x u x u x x →→-===， 3300(0,)(0,0)(0,0)lim lim 1y y x u y u y u y y →→--===-； 3300(,0)(0,0)(0,0)lim lim 1x x x v x v x v x x →→-===， 3300(0,)(0,0)(0,0)lim lim 1y y x v y v y v y y →→-===。 (0,0)(0,0),(0,0)(0,0)x y y x u v u v ∴ = =- ()f z ∴ 在原点上满足C －R 条件。 但33332200()(0)() lim lim ()()z z f z f x y i x y z x y x iy →→--++=++。 令y 沿y kx =趋于0，则 333333434322222 0()1(1)1(1) lim ()()(1)(1)(1)z x y i x y k i k k k k i k k k x y x iy k ik k →-++-++-++++-+==+++++ 依赖于k ，()f z ∴在原点不可导。 4、若复变函数()z f 在区域D 上解析并满足下列条件之一，证明其在区域D 上
数学物理方法习题及解答
2. 试解方程：()0,044>=+a a z 444244 00000 ,0,1,2,3 ,,,,i k i i z a a e z ae k ae z i i ππππωωωωω+=-=====--若令则 1．计算： （1） i i i i 524321-+-+ （2） y = （3） 求复数2 ?? 的实部u 和虚部v 、模r 与幅角θ (1) 原式= ()()()12342531081052916 2525255 i i i i i i +?+-?+-++=+=-+-- （2） 3 32( )10205 2(0,1,2,3,4)k i e k ππ+==原式 (3) 2 223 221cos sin cos sin ,3333212u v 1,2k ,k 0,1,2,23 i i i e r π πππππ θπ??==+=+==-+ ?????=-===+=±± 原式所以：， 3．试证下列函数在z 平面上解析,并分别求其导数. (1)()()y i y y ie y y y x e x x sin cos sin cos ++- 3.
()()()()()()()()cos sin ,cos sin ,cos sin cos ,sin sin cos ,cos sin sin sin ,cos sin cos ,,,x x x x x x x x u e x y y y v e y y x y u e x y y y e y x u e x y y y y y v e y y x y e y y x v e y y y x y y u v u v x y y x u v z f z u iv z u f z =-=+?=-+??=---??=++??=-+?????==-????=+?'= ?证明：所以：。 由于在平面上可微 所以在平面上解析。()()()cos sin cos cos sin sin .x x x x v i e x y y y e y i e y y x y e y x x ?+=-++++? 由下列条件求解析函数()iv u z f += (),1,22i i f xy y x u +-=+-= 解： ()()()()()()()222222222212,2,21 2,2,,,2112, 2211 1,0,1,1,, 221112. 222u v x y v xy y x x y v u v y x y x x x x x c x y x f z x y xy i xy y x c f i i x y c c f z x y xy i xy x y ??????==+∴=++?????''=+=-=-+∴=-=-+?????=-+++-+ ??? =-+==+==? ?=-++-++ ???而即所以由知带入上式，则则解析函数 2. ()21,3,,.i i i i i i e ++试求
《数学物理方法》复习题
《数学物理方法》复习题 一、单项选择题 【 】1、函数()f z 以b 为中心的罗朗（Laurent ）展开的系数公式为 11 () .2()k k f A C d i b γ ζζπζ+= -? ()().! k k f b B C k = 1().2k f C C d i b γζζπζ= -? 1 ! () .2()k k k f D C d i b γ ζζπζ+=-? 【 】2、本征值问题()()0,(0)0,()0X x X x X X l λ''+===的本征函数是 A ．cos n x l π B ．sin n x l π C ．(21)sin 2n x l π- D ．(21)cos 2n x l π- 【 】3、点z =∞是函数cot z 的 A. 解析点 B. 孤立奇点 C. 非孤立奇点 D. 以上都不对 【 】4、可以用分离变量法求解定解问题的必要条件是 A. 泛定方程和初始条件为齐次 B. 泛定方程和边界条件为齐次 C. 初始条件和边界条件为齐次 D. 泛定方程、初始条件和边界条件为齐次 【 】5、设函数()f z 在单连通区域D 内解析，C 为D 内的分段光滑曲线，端点为A 和B ，则积分 ()C f z dz ? A. 与积分路径及端点坐标有关 B. 与积分路径有关，但与端点坐标无关 C. 与积分路径及端点坐标无关 D. 与积分路径无关，但与端点坐标有关 【 】6、 条件1z <所确定的是一个 A ．单连通开区域 B. 复连通开区域 C. 单连通闭区域 D. 复连通闭区域 【 】7、条件210<-
数学物理方法第08章习题
第八章 习题答案 8.1-1 证明递推公式： （1）()()()x l x x x l l l P P P 1=' -'- （2）()()()()x l x x x l l l P 1P P 1+=' -'+ （3）()()()()x l x x l l l P 12P P 11+=' -'-+ 证明：基本递推公式 ()()()()()x l x l x x l l l l 11P 1P P 12+-++=+ ① ()()()()x x x x x l l l l ' -'+'=-+P 2P P P 11 ② （1）将①式对x 求导后可得： ()()()()()()()x l x l x l x x l l l l l '++'=++'++-11P 1P P 12P 12 ③ 由③-()?+1l ②可得 （目的：消去()x l ' +1P ） ()()()()()()x l x l x x l l l l P 1P 12P 12+-++'+ ()()()()()x l x x l x l l l l '++'+-'=--P 12P 1P 11 整理可得：()()()x l x x x l l l P P P 1=' -'- （2）将()()()x l x x x l l l P P P 1=' -'-乘以l 得： ()()()x l x l x lx l l l P P P 21=' -'- ④ 由③-④得 （目的：消去()x l ' -1P ） ()()()()()()x l x l x x l l l l '+=++'++12P 1P 1P 1 整理可得：()()()()x l x x x l l l P 1P P 1+=' -'+ （3）由2×③-()12+l ×②可得： （目的：消去()x l ' P ） ()()()()()()x l x l x l l l l '++'+++-+11P 12P 12P 24 ()()()()()x l x l x l l l l P 12P 22P 211++' ++'+- 整理可得：()()()()x l x x l l l P 12P P 11+=' -'-+
【最最最最最新】数学物理方法试卷(附答案)
福师大物理系《数学物理方法》B 课程考试题 一、简答题（共70分） 1、试阐述解析延拓的含义。解析延拓的结果是否唯一？（6分） 解析延拓就是通过函数的替换来扩大解析函数的定义域。替换函数在原定义域上与替换前的函数相等。 无论用何种方法进行解析延拓，所得到的替换函数都完全等同。 2、奇点分为几类？如何判别？（6分） 在挖去孤立奇点Zo而形成的环域上的解析函数F（z）的洛朗级数，或则没有负幂项，或则只有有限个负幂项，或则有无限个负幂项，我们分别将Zo称为函数F（z）的可去奇点，极点及本性奇点。 判别方法：洛朗级数展开法 A，先找出函数f(z)的奇点； B，把函数在的环域作洛朗展开 1）如果展开式中没有负幂项，则为可去奇点； 2）如果展开式中有无穷多负幂项，则为本性奇点； 3）如果展开式中只有有限项负幂项，则为极点，如果负幂项的最高项为，则为m阶奇点。 3、何谓定解问题的适定性？（6分） 1，定解问题有解；2，其解是唯一的；3，解是稳定的。满足以上三个条件，则称为定解问题的适定性。 4、什么是解析函数？其特征有哪些？（6分） 在某区域上处处可导的复变函数 称为该区域上的解析函数. 1）在区域内处处可导且有任意阶导数. 2） () () ? ? ? = = 2 1 , , C y x v C y x u 这两曲线族在区域上正交。 3）()y x u,和()y x v,都满足二维拉普拉斯方程。(称为共轭调和函数) 4）在边界上达最大值。 4、数学物理泛定方程一般分为哪几类？波动方程属于其中的哪种类型？（6分）
数学物理泛定方程一般分为三种类型：双曲线方程、抛物线方程、椭圆型偏微分方程。波动方程属于其中的双曲线方程。 5、写出)(x δ挑选性的表达式（6分） ()()()()()()?????????=-==-???∞ ∞∞-∞∞ -)()()(00000R f dv R r r f f dx x x f x f dx x x x f δδδ 6、写出复数2 31i +的三角形式和指数形式（8分） 三角形式：()3sin 3cos 231cos sin 2 321isin cos 222ππ? ?ρ??ρi i i +=++=+=+ 指数形式：由三角形式得： 313πρπ?i e z === 7、求函数 2)2)(1(--z z z 在奇点的留数（8分） 解： 奇点：一阶奇点z=1；二阶奇点：z=2 1)2)(1()1(lim Re 21)1(=????? ?---=→z z z z sf z
数学物理方法复习整理
数学物理方法 一、本课程授讲内容 第1章 典型数学物理方程及定解问题 第2章 分离变量法 第3章 积分变换法 第4章 行波法与降维法(d ’Alembert 法) 第5章 数学物理方程差分解法 第6章 Green 函数法 第7章 Bessel 方程与函数 二、章节重点 第一章 典型数学物理方程及定解问题 1．名词解释： (1)定解条件、定解问题、定解问题的适定性； (2).Dirichlet 、Neumann 定解问题； (3)热传导Fourier 定律、Hooke 弹性定律； (4)发展方程、位势方程、Laplace 方程、Poisson 方程； 2．简述二阶线性偏微分方程分类方法。 3．推导一维波动、热传导方程。 4. 写出二阶偏微分方程的特征方程及其特征曲线。 5. 书1.4习题：1，3，4，7，8，9 6. 书例1.1.1，例1.1.3，例1.1.6，例1.2.1 第二章 分离变量法 1．名词解释： (1)特征值、特征函数、Sturm-Liouville 问题； (2)驻波、腹点、节点、基频、固有频率； (3)三角函数系正交性； (4)Fourier 级数； (5)矩形、园域上Laplace 问题； 2．简述采用分离变量法求解齐次边界条件的齐次线性偏微分方程定解问题的步骤。 3．书2.7习题：1，4，6，8，15，16（P65-67）。 4. 书例题：2.1.1、2.1.2、2.2.1。 第三章 积分变换法 1．名词解释： (1)Fourier 变换； (2)Laplace 变换； (3)Fourier 变换线性性质，位移性质，微分性质； (4)Laplace 变换线性性质，平移性质，微分性质； 2．简述积分变换法求解偏微分方程定解问题的基本骤 。 3．写出Fourier 变换、Laplace 变换存在条件。 4. 用Fourier 变换法推导无限长弦振动的d ’Alembert 公式。 5. 书3.6习题：1(1)(2)，6，9(1)(2),12,13（P93-94）。 6. 书例题：3.1.1；3.1.2；3.3.1、2、3、4、6； 例3.4.1、3.4.2、3.4.3解的像函数。 第四章 行波法与降维法(d ’Alembert 法) 1．名词解释： (1)无限长弦自由振动的d ’Alembert 公式； (2)行波速度； (3)特征变换，特征线； (4)球对称性，降维法； 2．简述d ’Alembert 公式的物理意义。 3．简述行波法与驻波法的区别。 4. 用行波法推导无限长弦的d ’Alembert 公式。 5. 书4.3习题：3，4。 6. 书例题：4.1.1；4.1.2。 第五章 数学物理方程差分解法 1．名词解释： (1)二元函数的二阶中央差商； (2)逼近误差； (3)差分方程； (4)球对称性，降维法； 2．简述用数值差分法求解偏微分方程的基本原理。 3．简述有限差分法求解应用问题的一般步骤。 4. 课件例题及习题。 第六章 Green 函数法 1．名词解释： (1)Dirichlet 定解问题； (2)Neumann 定解问题； (3)二维三维Laplace 方程基本解； 2．简述调和函数基本性质一及其物理意义。 3．简述调和函数平均值定理及其物理意义。 4. 简述Green 函数的物理意义。 5. 求解Laplace 方程在半空间x > 0 内的Dirichlet 问题。 6. 求解Laplace 方程在半空间y > 0 内的Dirichlet 问题。 7. 书5.6习题：6，7。 第七章 Bessel 方程与函数 1.名词解释： (1)Helmholts 方程； (2)Bessel 方程； (3)Bessel 函数； (4)Bessel 函数正交性； 2.简述整数阶Bessel 函数J0(x)和J1(x)的重要意义，并描绘其简图。 3.简述Bessel 函数零点的概念和特征。 4.设有半径为R 的薄圆盘，上下两面绝热，圆盘边界上温度始终保持为0，且初始温度已知，写出圆 盘内温度分布的定解问题。 5.书 6.5习题：6，7，8(1)。 6.书例题：6.2.1；6.2.2。
数学物理方法习题及解答
2. 试解方程：()0,04 4 >=+a a z 44424400000 ,0,1,2,3 ,,,,i k i i z a a e z ae k ae z i i πππ π ωωωωω+=-=====--若令则 1．计算： （1） i i i i 524321-+ -+ （2） y = （3） 求复数2 12?? + ? ??? 的实部u 和虚部v 、模r 与幅角θ (1) 原式= ()()()12342531081052 916 2525255 i i i i i i +?+-?+-++=+=-+-- （2） 3 32( )10205 2(0,1,2,3,4)k i e k ππ+==原式 (3) 2 223 221cos sin cos sin ,3333212u v 1,2k ,k 0,1,2,223 i i i e r π πππππ θπ??==+=+==- ?????=-===+=±±L 原式所以：， 3．试证下列函数在z 平面上解析,并分别求其导数. (1)()()y i y y ie y y y x e x x sin cos sin cos ++- 3.
()()()()()()()()cos sin ,cos sin ,cos sin cos ,sin sin cos ,cos sin sin sin ,cos sin cos ,,,x x x x x x x x u e x y y y v e y y x y u e x y y y e y x u e x y y y y y v e y y x y e y y x v e y y y x y y u v u v x y y x u v z f z u iv z u f z =-=+?=-+??=---??=++??=-+?????==-????=+?'= ?证明：所以：。 由于在平面上可微 所以在平面上解析。()()()cos sin cos cos sin sin .x x x x v i e x y y y e y i e y y x y e y x x ?+=-++++? 由下列条件求解析函数()iv u z f += (),1,22i i f xy y x u +-=+-= 解： ()()()()()()()222222222212,2,21 2,2,,,2112, 2211 1,0,1,1,, 221112. 222u v x y v xy y x x y v u v y x y x x x x x c x y x f z x y xy i xy y x c f i i x y c c f z x y xy i xy x y ??????==+∴=++?????''=+=-=-+∴=-=-+?????=-+++-+ ??? =-+==+==? ?=-++-++ ?? ?而即所以由知带入上式，则则解析函数 2. ()21,3,,.i i i i i i e ++试求
数学物理方法习题解答(完整版)
数学物理方法习题解答 一、复变函数部分习题解答 第一章习题解答 1、证明Re z 在z 平面上处处不可导。 证明：令Re z u iv =+。Re z x =，,0u x v ∴==。 1u x ?=?，0v y ?=?， u v x y ??≠??。 于是u 与v 在z 平面上处处不满足C －R 条件， 所以Re z 在z 平面上处处不可导。 2、试证()2 f z z = 仅在原点有导数。 证明：令()f z u iv =+。()2 2222,0f z z x y u x y v ==+ ∴ =+=。 2,2u u x y x y ??= =??。v v x y ?? ==0 ??。 所以除原点以外，,u v 不满足C －R 条件。而 ,,u u v v x y x y ???? , ????在原点连续，且满足C －R 条件，所以()f z 在原点可微。 ()00 00 00x x y y u v v u f i i x x y y ====???????? '=+=-= ? ?????????。 或：()()()2 * 00 0lim lim lim 0z z x y z f z x i y z ?→?→?=?=?'==?=?-?=?。 2 2 ***0* 00lim lim lim()0z z z z z z z zz z z z z z z z z =?→?→?→+?+?+??==+??→???。 【当0,i z z re θ≠?=，*2i z e z θ-?=?与趋向有关，则上式中**1z z z z ??==??】
3、设333322 ()z 0 ()z=0 0x y i x y f z x y ?+++≠? =+??? ，证明()z f 在原点满足C －R 条件，但不可微。 证明：令()()(),,f z u x y iv x y =+，则 ()332222 22 ,=0 0x y x y u x y x y x y ?-+≠? =+?+??， 332222 22 (,)=0 0x y x y v x y x y x y ?++≠? =+?+?? 。 3 300(,0)(0,0)(0,0)lim lim 1x x x u x u x u x x →→-===， 3300(0,)(0,0)(0,0)lim lim 1y y x u y u y u y y →→--===-； 3300(,0)(0,0)(0,0)lim lim 1x x x v x v x v x x →→-===， 3300(0,)(0,0)(0,0)lim lim 1y y x v y v y v y y →→-===。 (0,0)(0,0),(0,0)(0,0)x y y x u v u v ∴ = =- ()f z ∴ 在原点上满足C －R 条件。 但33332200()(0)() lim lim ()()z z f z f x y i x y z x y x iy →→--++=++。 令y 沿y kx =趋于0，则 333333434322222 0()1(1)1(1) lim ()()(1)(1)(1)z x y i x y k i k k k k i k k k x y x iy k ik k →-++-++-++++-+==+++++ 依赖于k ，()f z ∴在原点不可导。 4、若复变函数()z f 在区域D 上解析并满足下列条件之一，证明其在区域D 上
数学物理方法复习提纲
复变函数论 复变函数：若在复数平面上存在一个点集E ，对于E 中的每一点z ，按照一定的规律，有一个或多个复数值w 与之相对应，则说在点集E 上定义了一个复变函数，记作：)(z f w =，点集E 叫作函数的定义域 令：iv u z f w +==)(，并将iy x z +=代入，则有： 1）因为2）z sin 3）1cos(z 1s i n (z 幂函数：z ，如果极限z z z z ?=?→?→?lim lim 00存在，则称函数)(z f w =在点z 处可导，此极限叫作函数)(z f w =在点z 处的导数，表示为: )() ()()(lim lim 00z f dz z df z z f z z f z w z z '==?-?+=??→?→? 复变函数可导的充要条件：复变函数),(),()(y x iv y x u z f w +==可导的充要条件是偏导数
x y x u ??),(，y y x u ??),(，x y x v ??),(，y y x v ??) ,(存在、连续，并且满足柯西-黎曼条件，即： y y x v x y x u ??=??),(),(，x y x v y y x u ??- =??) ,(),( 解析函数(全纯函数，正则函数)：如果函数)(z f 在0z 点及其邻域内处处可导，那么称)(z f 在0z 点解析。如果)(z f 在区域E 内每一点都解析，那么称)(z f 在E 内解析，或称()f z 为E 内的一个解析函数。 注：)(z f 区域解析. ● 考虑柯西-),(y x v （1） 出（2） 。 （3） 例题. 容易验证2 2??y x 由柯西-黎曼条件可得：y y y x u x y x v 2),(),(=??-=?? x x y x u y y x v 2),(),(=??=?? 所以有：xdy ydx dy y v dx x v dv 22+=??+??= (1) 曲线积分法：